(57)【要約】  表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の前記凸部に支持され且つ合金系活物質を含む粒状体とを備え、互いに隣り合う前記粒状体間に空隙を有し、前記粒状体が前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び且つ前記合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体である負極と、リチウムイオンを吸蔵および放出する正極と、前記負極と前記正極との間に介在する多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質とを備える非水電解質二次電池。
2011093015.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の前記凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体と、を備え、互いに隣り合う前記粒状体間に空隙を有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記粒状体は、前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び、且つ前記合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体である非水電解質二次電池用負極。
【請求項２】
前記クラスターは、柱状又は燐片状の立体形状を有する請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項３】
複数の前記クラスターが互いに離隔している請求項１または２に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項４】
前記凸部は、前記集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有する請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項５】
前記頂面の平面形状が、円形、楕円形、正方形、長方形又は菱形である請求項４に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項６】
前記粒状体の立体形状が、球状、扁球状または鶏卵状である請求項１〜５のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項７】
前記合金系活物質が、珪素系活物質および錫系活物質よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１〜６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項８】
リチウムを吸蔵および放出する正極と、請求項１〜７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極と、前記正極と前記負極との間に介在する多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備える非水電解質二次電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非水電解質二次電池用負極および非水電解質二次電池に関する。更に詳しくは、本発明は、負極活物質として合金系活物質を用いる非水電解質二次電池用負極の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
非水電解質二次電池は、高容量および高エネルギー密度を有することから、各種電子機器の電源として広く用いられている。現在市販される非水電解質二次電池の負極活物質としては、リチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する黒鉛が一般的に用いられている。黒鉛の理論容量密度は３７２ｍＡｈ／ｇである。しかしながら、電子機器の高性能化および多機能化に伴い、非水電解質二次電池のさらなる高容量化が望まれている。【０００３】
非水電解質二次電池用の負極活物質には、分子量が小さく、多くのリチウムイオンを吸蔵できること、その内部においてリチウムイオンが容易に拡散すること、化学的に安定で、安価であること、合成が容易であること、サイクル特性に優れていることなどが求められている。【０００４】
非水電解質二次電池の高容量化には、黒鉛よりも容量の大きい負極活物質を用いることが有効である。このような負極活物質として、珪素や錫などを含有する合金系活物質が注目されている。珪素は、リチウムとの反応により、式：Ｌｉ４．４Ｓｉ（Ｌｉ２２Ｓｉ５）で表される化合物を形成し、約４０００ｍＡｈ／ｇの理論容量密度を有する。錫は、リチウムとの反応により、式：Ｌｉ４．４Ｓｎ（Ｌｉ２２Ｓｎ５）で表される化合物を形成し、約１０００ｍＡｈ／ｇの理論容量密度を有する。【０００５】
しかしながら、合金系活物質は、リチウムイオンを吸蔵および放出する際に、大きく膨張および収縮して大きな応力を発生させる。これにより、負極集電体に歪みや切れが生じ、負極が変形する。そして、負極とセパレータとの間に局所的に空隙が形成され、負極と正極との距離にばらつきが生じる。その結果、電池内部において、充放電反応が不均一になることにより、電池容量やサイクル特性などの電池特性が低下し易くなる。【０００６】
負極活物質として合金系活物質を用いた非水電解質二次電池用負極としては、例えば、表面に凹凸を有する集電体にシリコン薄膜を堆積させることにより、シリコン薄膜の内部に複数の空隙を形成した負極が提案されている（特許文献１参照）。また、平均表面粗さＲａが０．０１〜１μｍである集電体と、集電体表面から該表面に垂直な方向に対して傾斜する方向に成長し、且つ珪素からなる複数の柱状結晶粒とを備える負極が提案されている（特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−３１３３１９号公報
【特許文献２】特開２００５−１９６９７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１の技術では、シリコン薄膜の内部に形成される空隙の寸法を制御できないので、空隙の寸法にばらつきが生じやすい。その結果、空隙の寸法が小さい部分では、合金系活物質の膨張および収縮により発生する応力を十分に緩和することができない。【０００９】
また、特許文献２の技術では、柱状結晶粒の根元付近には空隙が形成されるものの、柱状結晶粒の先端付近では、複数の柱状結晶粒が互いに接触している。したがって、空隙による応力の緩和は十分ではない。このため、充放電に伴う負極の変形や柱状結晶粒の集電体からの脱落を抑制するには、ある程度有効であるものの、電池のサイクル特性の劣化を十分に抑制することができない。【００１０】
本発明の目的は、負極活物質として合金系活物質を用いる負極を備え、サイクル特性に優れた非水電解質二次電池を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の非水電解質二次電池用負極は、表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体と、を備え、互いに隣り合う粒状体間に空隙を有し、粒状体は、凸部の表面から集電体の外方に伸び、且つ合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体であることを特徴とする。【００１２】
また、本発明の非水電解質二次電池は、リチウムを吸蔵および放出する正極と、上記非水電解質二次電池用負極と、正極と負極との間に介在するように配置される多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、充放電を繰り返しても、容量の低下が少ない非水電解質二次電池を提供できる。【００１４】
本発明の新規な特徴を添付の請求の範囲に記述するが、本発明は、構成および内容の両方に関し、本願の他の目的および特徴と併せ、図面を照合した以下の詳細な説明によりさらによく理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池の構成を一部切り欠いて模式的に示す斜視図である。
【図２】本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池用負極の構成を模式的に示す縦断面図である。
【図３Ａ】図２に示す非水電解質二次電池用負極における凸部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図３Ｂ】図２に示す非水電解質二次電池用負極における凸部表面に形成された粒状体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４Ａ】実施例２の負極における凸部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図４Ｂ】実施例２の負極における珪素酸化物粒状体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５Ａ】実施例３の負極における凸部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図５Ｂ】実施例３の負極における珪素酸化物粒状体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６Ａ】実施例４の負極における凸部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図６Ｂ】実施例４の負極における珪素酸化物粒状体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７Ａ】実施例５の負極における凸部の構成を模式的に示す斜視図である。
【図７Ｂ】実施例５の負極における珪素酸化物粒状体の構成を模式的に示す斜視図である。
【図８】電子ビーム式真空蒸着装置の構成を模式的に示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明の非水電解質二次電池用負極（以下単に「負極」とする）は、以下の特徴を有する集電体と合金系活物質を含む複数の粒状体とを備えている。
【００１７】
集電体は、表面に複数の凸部を有している。すなわち、複数の凸部は、集電体の表面において所定の間隔を空けて形成され、集電体の表面からその外方に伸びている。更に、凸部は、集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、この頂面が微細な凹凸を有することが好ましい。凸部がこのような頂面を有することにより、後述する、複数の合金系活物質を含むクラスターからなる粒状体を容易に形成できる。また、頂面の平面形状は円形、楕円形、正方形、長方形又は菱形であることが好ましい。これにより、球状、扁球状（spheroid）または鶏卵状の立体形状を有する粒状体を容易に形成できる。
【００１８】
１つの凸部が、１つの粒状体を支持する。このような粒状体が複数集まって、負極活物質層を構成する。互いに隣り合う粒状体間には、空隙が存在する。この空隙により、粒状体の膨張および収縮により発生する応力が緩和され、粒状体の凸部からの脱落や集電体および負極の変形が抑制され、電池の容量やサイクル特性の低下が抑制される。
【００１９】
更に、粒状体は、凸部の表面から集電体の外方に伸びて、合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体であることを特徴とする。したがって、クラスターは、例えば、縦長の立体形状を有している。このように、粒状体を複数のクラスターに分割することにより、各クラスター中で充放電に伴って発生する応力が低減される。その結果、充放電に伴う粒状体の凸部からの脱落や集電体および負極の変形が顕著に抑制される。
【００２０】
更に、上記クラスターは、柱状又は燐片状の立体形状を有することが好ましい。クラスターが前記のような立体形状を有することにより、充放電に伴って発生する応力の低減化が容易になる。また、１つの粒状体に含まれる複数のクラスターは互いに離隔していることが好ましい。これにより、クラスター間での応力の緩和が一層増進される。
【００２１】
更に、粒状体の立体形状が、球状、扁球状または鶏卵状であることが好ましい。これにより、リチウムイオンの吸蔵により発生する応力が粒状体内において均等になる。特に、粒状体と凸部との界面において、応力の大きさおよび方向が均等になる。これにより、粒状体が凸部から脱落するのを抑制する効果が更に高まる。また、粒状体が前記立体形状を有することにより、多孔質絶縁層を介して正極活物質層と対向する粒状体の面積を大きくすることができる。その結果、電池容量やサイクル特性などの電池特性に良好な影響を与えることができる。また、合金系活物質としては、珪素系活物質および錫系活物質よりなる群から選ばれる少なくとも１種が好ましい。
【００２２】
本発明によれば、集電体の表面に所定の間隔を空けて複数の凸部を形成し、各凸部表面に１つの粒状体を形成することにより、粒状体の立体形状を制御することが容易になる。これにより、互いに隣り合う粒状体間に大き目の空隙を設けることが可能になる。この空隙が、電池反応によって合金系活物質にリチウムイオンが吸蔵された場合に、合金系活物質の膨張に伴う内部応力を大きく緩和する。これにより、凸部表面からの粒状体の脱落または剥離を抑制することができる。
【００２３】
本発明の非水電解質二次電池は、リチウムを吸蔵および放出する正極と、上記の負極と、正極と負極との間に介在する多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備える。本発明の非水電解質二次電池は、上記の負極を用いることにより、高容量および高エネルギー密度を有し、サイクル特性などの電池特性の低下が顕著に抑制されている。
【００２４】
以下に、本発明の非水電解質二次電池用負極および非水電解質二次電池について、更に詳しく説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る非水電解質二次電池１の構成を一部切り欠いて模式的に示す斜視図である。図２は、電池１に備わる負極２の構成を模式的に示す縦断面図である。図３Ａは、負極２における凸部２１の構成を模式的に示す斜視図である。図３Ｂは、負極２における粒状体２６の構成を模式的に示す斜視図である。
【００２５】
電池１は、負極２と正極３とをこれらの間に多孔質絶縁層４を介在させて渦巻状に捲回することにより得られる電極群５を具備する。電極群５は、非水電解質と共に、長手方向の一方の端部が開口している有底円筒型の電池ケース６に収容される。電池ケース６の開口は、封口板７により封口される。ガスケット８は、電池ケース６と封口板７との間に配置され、これらを絶縁する。負極側絶縁板９は、電極群５の長手方向の一端に装着され、電極群５と電池ケース６とを絶縁する。正極側絶縁板１０は、電極群５の長手方向の他端に装着され、電極群５と封口板７とを絶縁する。電池１は、更に、負極２と電池ケース６とを導通させる負極リード１１と、正極３と封口板７とを導通させる正極リード１２と、を備える。電池１は、負極２を備えることを特徴とし、負極２以外の構成は従来のリチウムイオン二次電池と同様である。
【００２６】
負極２は、図２に示すように、両側の表面２０ａに複数の凸部２１を有する集電体２０と、各凸部２１に支持された複数の粒状体２６からなる活物質層２５と、を備えている。
【００２７】
凸部２１は、集電体２０の表面２０ａからその外方に突出するように形成されている。本実施形態では、集電体２０の両側の表面２０ａに凸部２１が形成されているが、集電体２０の片方の表面２０ａに凸部２１が形成されていてもよい。集電体２０の凸部２１が形成されていない部分の厚さｄ（以下単に「集電体２０の厚さｄ」とする）は、好ましくは５μｍ〜３０μｍである。
【００２８】
集電体２０の表面２０ａにおける凸部２１の配置は、格子状配置、千鳥格子状配置、最密充填状配置などの規則的配置であることが好ましい。これにより、粒状体２６のリチウムイオンの吸蔵に伴って集電体２０に掛かる応力が、集電体２０全体でほぼ均一になり、集電体２０の局所的な変形などが抑制される。互いに隣り合う凸部２１間の間隔は、粒状体２６の膨張により発生する応力を十分に緩和できる程度の空隙２８を設ける観点から、好ましくは１０μｍ〜１００μｍ、更に好ましくは４０μｍ〜８０μｍである。
【００２９】
凸部２１の高さは、凸部２１の機械的強度の観点から、好ましくは３０μｍ以下、更に好ましくは３μｍ〜２０μｍである。また、凸部２１の幅は、やはり凸部２１の機械的強度の観点から、好ましくは１μｍ以上、更に好ましくは５μｍ〜４０μｍである。なお、凸部２１の高さおよび幅は、集電体２０の厚さ方向の断面において、それぞれ、凸部２１の先端から集電体２０の表面２０ａに降ろした垂線の長さおよび集電体２０の表面２０ａに平行な方向における凸部２１の最大長さである。凸部２１の高さおよび幅は、負極２の断面を走査型電子顕微鏡、レーザ顕微鏡などで観察することにより求めることができる。
【００３０】
凸部２１は、集電体２０の表面２０ａにほぼ平行な頂面２２を有している。頂面２２の面積は特に限定されないが、凸部２１により支持された粒状体２６の膨張応力による負極２の変形を抑制する観点から、好ましくは２０００μｍ２以下、更に好ましくは１μｍ２〜１２００μｍ２、より好ましくは２０μｍ２〜４００μｍ２である。また、頂面２２は、微細な凹凸を有していることが好ましい。微細な凹凸は、十点平均粗さＲｚとして、０．１μｍ〜５μｍの範囲であることが好ましい。これにより、互いに離隔した複数のクラスター２７の集合体である粒状体２６を容易に作製できる。
【００３１】
頂面２２の平面形状は、本実施形態では円形であるが、特に限定されない。頂面２２の他の平面形状としては、例えば、楕円形、正方形、長方形、菱形などが挙げられる。頂面２２の平面形状を選択することにより、粒状体２６の立体形状を変更することができる。例えば、頂面２２の平面形状が円形または正方形である場合は、球状または紡錘状の粒状体２６を形成できる。これにより、粒状体２６がリチウムイオンを吸蔵した場合に、粒状体２６の内部で発生する応力の大きさおよび応力が及ぶ方向が均等になる。そして、粒状体２６と凸部２１との界面において発生する応力のばらつきも非常に少なくなる。その結果、粒状体２６の凸部２１からの脱落を一層抑制できる。
【００３２】
頂面２２の平面形状が長方形、菱形または楕円形である場合は、一方の方向に長い球状、すなわち扁球状、鶏卵状またはドーム状の粒状体２６を形成できる。すなわち、長辺方向と短辺方向とを有する細長い球状の粒状体２６を形成できる。これにより、粒状体２６の短辺方向では、互いに隣り合う粒状体２６間の空隙２８が大きくなる。その結果、粒状体２６がリチウムイオンを吸蔵することにより発生する内部応力を緩和する空隙２８の効果が高まり、粒状体２６の凸部２１からの脱落を一層抑制できる。なお、頂面２２の平面形状とは、集電体２０の鉛直方向上方からの正投影図における凸部２１の形状である。
【００３３】
凸部２１を有する集電体２０は、レジスト法、プレス法などにより形成できる。レジスト法によれば、表面の所定位置（凸部２１が形成されない部分）にレジスト膜が形成された金属箔にめっきを施して凸部２１を形成した後、前記レジスト膜を除去することにより、集電体２０が得られる。プレス法によれば、作製しようとする凸部２１の形状、寸法および配置に対応する凹部が表面に形成されたローラを用いて金属箔を加圧成形し、金属箔を局所的に塑性変形させることにより、複数の凸部２１をその表面に有する集電体２０が得られる。
【００３４】
これらの方法において、金属箔には、厚さ１０μｍ〜４０μｍ程度の、銅箔、銅合金箔、ステンレス鋼箔、ニッケル箔などを使用できる。凸部２１を形成する前の金属箔および凸部２１を形成した後の集電体２０のいずれにも、粗化処理を施すことができる。粗化処理方法としては、特に限定されないが、例えば、めっき法、エッチング法、ブラスト処理などが挙げられる。
【００３５】
凸部２１に支持された粒状体２６は、図３Ｂに示すように、複数個のクラスター２７の集合体であり、例えば、球状の立体形状を有している。１個の凸部２１には、１個の粒状体２６が１個だけ支持されている。複数個の粒状体２６は、ほぼ同じ立体形状を有している。互いに隣り合う粒状体２６間には空隙２８が存在する。粒状体２６を構成する複数のクラスター２７は、凸部２１の表面から集電体２０の外方に伸びるように形成され、互いに離隔している。クラスター２７は、粒状体２６よりも寸法が小さく、例えば、鱗片状または柱状の立体形状を有する合金系活物質のクラスターである。また、クラスター２７の立体形状は縦長であることが多い。
【００３６】
このように粒状体２６を複数個の鱗片状または柱状のクラスター２７の集合体として形成することにより、個々のクラスター２７内で発生する応力を小さくすることができる。更に、複数個のクラスター２７が互いに離隔していることにより、個々のクラスター２７から発生する応力が一層緩和される。そして、各粒状体２６の周囲には空隙２８が存在する。これらのことにより、粒状体２６全体としての応力を十分に低減化することができ、粒状体２６の凸部２１からの脱落が顕著に抑制される。その結果、充放電回数が増加しても、電池容量などが、使用初期の高水準に維持された電池が得られる。
【００３７】
粒状体２６の寸法は特に限定されず、互いに隣り合う凸部２１間の間隔、凸部２１の頂面２２の形状などに応じて適宜選択されるが、粒状体２６がリチウムイオンを吸蔵しない状態において、その高さが好ましくは５μｍ〜８０μｍ、更に好ましくは１０μｍ〜３０μｍであり、その幅が好ましくは５μｍ〜８０μｍ、更に好ましくは１０μｍ〜３０μｍである。粒状体２６の寸法を前記範囲から選択することにより、粒状体２６を複数個のクラスター２７の集合体として構成する効果が、一層顕著になる。
【００３８】
なお、粒状体２６の高さおよび幅は、負極２の厚さ方向の断面において、それぞれ、粒状体２６の先端から凸部２１の頂面２２に降ろした垂線の長さおよび集電体２０の表面２０ａに平行な方向における粒状体２６の最大長さである。粒状体２６の高さおよび幅は、負極２の断面を走査型電子顕微鏡、レーザ顕微鏡などで観察することにより求めることができる。
【００３９】
１個の粒状体２６を構成するクラスター２７の個数は、粒状体２６毎に異なるが、好ましくは５個〜２００個の範囲である。ここでのクラスター２７の個数は、１０個の粒状体２６におけるクラスター２７の個数の平均である。複数のクラスター２７は、高さ０．１μｍ〜２０μｍ程度、最大幅０．１μｍ〜１０μｍ程度の寸法を有する。更に、互いに隣り合うクラスター２７間の間隙幅は、好ましくは１００ｎｍ〜１μｍである。
【００４０】
クラスター２７を構成する合金系活物質は、リチウムと合金化することによりリチウムイオンを吸蔵し、且つ負極電位下でリチウムイオンを可逆的に吸蔵および放出する物質である。合金系活物質としては特に限定されず、公知の合金系活物質を使用できるが、これらの中でも珪素系活物質および錫系活物質が好ましく、珪素系活物質が更に好ましい。
【００４１】
珪素系活物質としては特に限定されないが、珪素、珪素化合物、珪素合金等が挙げられる。珪素化合物の具体例としては、式：ＳｉＯａ（０．０５＜ａ＜１．９５）で表される珪素酸化物、式：ＳｉＣｂ（０＜ｂ＜１）で表される珪素炭化物、式：ＳｉＮｃ（０＜ｃ＜４／３）で表される珪素窒化物などが挙げられる。珪素合金としては、珪素と異種元素Ｘとの合金が挙げられる。ただし、異種元素Ｘは、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇｅ、Ｉｎ、Ｓｎ及びＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種の元素である。
【００４２】
錫系活物質としては、錫、錫化合物、錫合金などが挙げられる。錫化合物の具体例としては、式ＳｎＯｄ（０＜ｄ＜２）で表される錫酸化物、二酸化錫（ＳｎＯ２）、ＳｎＳｉＯ３、錫窒化物などが挙げられる。錫合金としては、錫と異種元素Ｙとの合金などが挙げられる。異種元素Ｙは、Ｎｉ、Ｍｇ、Ｆｅ、ＣｕおよびＴｉよりなる群から選ばれる少なくとも１種である。このような合金の代表例として、例えば、Ｎｉ２Ｓｎ４、Ｍｇ２Ｓｎなどが挙げられる。
【００４３】
複数の粒状体２６からなる活物質層２５は、例えば、気相法または焼結法により集電体２０の凸部２１表面に形成できる。気相法としては、真空蒸着法、スパッタリング法、イオンプレーティング法、レーザーアブレーション法、化学気相成長法、プラズマ化学気相成長法、溶射法等などが挙げられる。これらの方法の中でも、気相法が好ましく、真空蒸着法が特に好ましい。
【００４４】
互いに離隔する複数のクラスター２７の集合体である粒状体２６を真空蒸着法により形成する場合、真空蒸着装置の真空槽の真空度およびターゲットから集電体までの距離を制御する。真空度は、真空槽の大きさ、真空槽内に配置される気体供給ノズルから供給される気体の流量などにより変化するが、蒸着時には好ましくは５×１０−４Ｐａ〜５×１０−１Ｐａ、更に好ましくは１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａの範囲に設定する。ターゲットから集電体までの距離とは、ターゲットの上端面の中心から、遮蔽板により予め規制された蒸着領域を走行する集電体２０の中心までの距離を意味する。ターゲットから集電体までの距離は、好ましくは１０ｃｍ〜５００ｃｍ、更に好ましくは２０ｃｍ〜２００ｃｍの範囲に設定する。
【００４５】
ここで、ターゲットの上端面の中心は、上端面の平面形状によって異なるが、上端面が例えば円形である場合は、円の中心がターゲットの中心である。ターゲットの上端面が例えば四角形以上の多角形である場合は、対角線の交点がターゲットの中心である。ターゲットの上端面が偏楕円（ellipsoid、例えば、長方形の２つの短辺を円弧状にしたような形状）である場合は、前記偏楕円を内包する最小の長方形の対角線の交点がターゲットの中心である。また、集電体２０の中心は、集電体２０の蒸着領域に晒された部分（以下「蒸着部分」とする）の中心である。蒸着部分は、通常四角形の平面形状を有しており、その中心は対角線の交点である。本実施形態の四角形には、正方形および長方形の他に、平行四辺形、菱形、台形なども含まれる。
【００４６】
蒸着時の真空槽の真空度およびターゲットから集電体までの距離を前記範囲内から選択することにより、複数のクラスター２７の集合体である粒状体２６の製造が容易になる。蒸着時の真空槽の真空度およびターゲットから集電体までの距離の少なくとも一方が前記範囲から外れると、複数の薄膜が厚さ方向に積層し、一塊になった柱状体が生成するおそれがある。
【００４７】
図８は、電子ビーム式真空蒸着装置５０（以下単に「蒸着装置５０」とする）の構成を模式的に示す側面図である。図８においては、蒸着装置５０内部の機材を実線で示している。蒸着装置５０は、真空槽５１と、真空槽５１内部を排気する排気ポンプ５２とを備えている。真空槽５０の内部には、真空槽５０内において集電体２０を搬送するための巻き出しローラ６０、巻き取りローラ６１、搬送ローラ６２ａ、６２ｂおよび冷却ローラ６３ａ、６３ｂ、６３ｃが配置されている。また、搬送中の所定位置で集電体２０の表面に珪素または珪素酸化物を蒸着させるための遮蔽板６４ａ、６４ｂ、６４ｃ、酸素ノズル６５ａ、６５ｂ、珪素原料６６ａを収容するターゲットである蒸発坩堝６６および電子ビーム発生装置６７が配置されている。更に真空槽５０の内部に配置される膜厚測定装置６８は、集電体２０の表面に形成される活物質層２５の膜厚（粒状体２６の高さ）を検知する。
【００４８】
巻き出しローラ６０には、長尺の集電体２０が巻き付けられている。搬送ローラ６２ａ、６２ｂは、巻き出しローラ６０から供給された集電体２０を冷却ローラ６３ａに向けて搬送し、または表面に珪素系活物質を蒸着させた集電体２０を冷却ローラ６３ｃから巻き取りローラ６１に向けて搬送する。巻き取りローラ６１は、表面に珪素系活物質を蒸着させた集電体２０を巻き取る。
【００４９】
冷却ローラ６３ａ、６３ｂ、６３ｃは、それぞれその内部に図示しない冷却装置が配置されており、集電体２０を冷却する。冷却された集電体２０に珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物を供給することにより、集電体２０の凸部２１表面に珪素または珪素酸化物である珪素系活物質が堆積する。
【００５０】
遮蔽板６４ａ、６４ｂ、６４ｃは、珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物が集電体２０に供給される領域を規制する。遮蔽板６４ａ、６４ｂの隙間に第１蒸着領域７０ａが形成され、遮蔽板６４ｂ、６４ｃの隙間に第２蒸着領域７０ｂが形成される。第１蒸着領域７０ａおよび第２蒸着領域７０ｂでは、集電体２０表面に珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物を供給する。蒸発坩堝６６の上端面における中心点Ａから、第１蒸着領域７０ａまたは第２蒸着領域７０ｂにおける集電体２０の蒸着部分の中心点Ｂ１またはＢ２までの距離を、例えば２０ｃｍ〜２００ｃｍに設定する。
【００５１】
酸素ノズル６５ａ、６５ｂは、真空槽５１の外部に設置された酸素流量制御装置６９ａ、６９ｂを介して図示しない酸素ボンベにそれぞれ接続され、真空槽５１内に酸素を供給する。酸素ノズル６５ａ、６５ｂ、酸素流量制御装置６９ａ、６９ｂおよび酸素ボンベは、配管（不図示）により接続されている。酸素ノズル６５ａ、６５ｂから酸素を供給することにより、珪素蒸気と酸素との混合物が集電体２０の表面２０ａに供給される。酸素を供給しない場合には、珪素蒸気が集電体２０の表面２０ａに供給される。
【００５２】
蒸着装置５０の動作は次の通りである。まず、集電体２０が巻き付けられた巻き出しローラ６０を所定の位置に設置し、排気ポンプ５２により真空槽５１を排気する。真空槽５１が所定の真空度に達すると、蒸発坩堝６６に収容された珪素原料６６ａに電子ビーム発生装置６７から電子ビームを照射し、珪素蒸気を発生させる。珪素の蒸気量は、膜厚測定器６８により測定される活物質層２５の厚さ（粒状体２６の高さ）をフィードバックして制御する。これと同時に、酸素ノズル６５ａ、６５ｂから所定量の酸素を真空槽５１内に供給する。
【００５３】
この状態で、集電体２０を冷却ローラ６３ａ、６３ｂ、６３ｃに沿って走行させることにより、集電体２０はまず第１蒸着領域７０ａに達し、次に第２蒸着領域７０ｂに達する。第１蒸着領域７０ａでは、集電体２０の表面２０ａに垂直な方向に対して０°〜９０°の角度で珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物が入射する。第２蒸着領域７０ｂでは、集電体２０の表面２０ａに垂直な方向に対して−９０°〜０°の角度で珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物が入射する。第１蒸着領域７０ａと第２蒸着領域７０ｂとは線対称になっている。
【００５４】
このとき、珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物が、集電体２０の表面２０ａに垂直な方向に対して傾斜した角度で集電体２０の表面２０ａに入射するため、凸部２１の表面に珪素系活物質が堆積しやすくなる。一方、集電体２０の凸部２１が形成されていない表面２０ａは、凸部２１に堆積した珪素系活物質の影になるため、珪素蒸気または珪素蒸気と酸素との混合物が入射しにくくなる。これにより、集電体２０の凸部２１が形成されていない表面２０ａにおける珪素系活物質の堆積量は、凸部２１表面における堆積量に比べて少ない。真空槽５１の蒸着時の真空度は、１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａの範囲に設定する。
【００５５】
このようにして、集電体２０の凸部２１表面に珪素系活物質が堆積する。この集電体２０を、巻き取りローラ６１により巻き取る。次に、集電体２０の搬送方向を逆にして、巻き取りローラ６１から巻き出しローラ６０に向けて搬送し、集電体２０の凸部２１表面に珪素系活物質を堆積させる。集電体２０の搬送方向を逆にして珪素系活物質を堆積させる操作を複数回繰り返すことにより、各凸部２１の表面に、複数のクラスター２７の集合体である粒状体２６が形成され、負極２が得られる。
【００５６】
正極３は、例えば、正極集電体と、正極集電体表面に設けられた正極活物質層とを備えている。正極集電体には、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、ステンレス鋼、ニッケルなどからなる、厚さ１０μｍ〜３０μｍ程度の金属箔を使用できる。本実施形態では正極集電体の両側の表面に正極活物質層を形成しているが、正極集電体の片方の表面に正極活物質層を形成してもよい。
【００５７】
正極活物質層は、例えば、リチウムイオンを吸蔵および放出する正極活物質、導電材および結着剤を含んでいる。
正極活物質としては、リチウムイオンを吸蔵および放出する様々な材料を使用できるが、その中でも、リチウム含有金属複合酸化物が好ましい。リチウム含有金属複合酸化物は、高電圧の発生が可能であると共に高エネルギー密度であるため、電池のさらなる高容量化に有効である。
【００５８】
リチウム含有金属複合酸化物の具体例として、例えば、組成式（１）：ＬｉＺＭＯ２で表される酸化物および組成式（２）：ＬｉＭ２Ｏ４で表される酸化物が挙げられる。前記各式中、符号Ｍは１種以上の遷移金属元素である。遷移金属元素としては特に限定されないが、コバルト、ニッケルおよびマンガンが好ましく、コバルトおよびニッケルが特に好ましい。組成式（１）中、Ｌｉのモル比を示すＺは、電池の充放電状態により０．０５〜１．１の範囲で変化するが、リチウム含有金属複合酸化物の製造直後は０．９〜１．１の範囲である。このようなリチウム含有金属複合酸化物の具体例としては、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４などが挙げられる。正極活物質は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００５９】
導電材および結着剤としては、一般に用いられる導電材および結着剤を特に限定無く使用できる。導電材としては、例えば、カーボンブラック、アセチレンブラックなどの炭素材料を使用でき、結着剤としては、例えば、ポリフッ化ビニリデンなどの樹脂材料やゴム材料などを使用できる。
【００６０】
正極活物質層は、例えば、正極活物質、導電材および結着剤を分散媒と混合して正極合剤スラリーを調製し、得られた正極合剤スラリーを正極集電体表面に塗布し、得られた塗膜を乾燥および圧延することにより形成できる。分散媒としては特に限定されないが、例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドン（ＮＭＰ）などの有機溶媒や水などが挙げられる。
【００６１】
多孔質絶縁層４は、負極２と正極３との間に介在してこれらを絶縁するとともに、リチウムイオン透過性を有している。多孔質絶縁層４としては、ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィンからなる多孔質膜であるセパレータ、アルミナなどの金属酸化物を結着剤により結着した金属酸化物膜などを使用できる。セパレータと金属酸化物膜とを併用しても良い。多孔質絶縁層４には、液状の非水電解質が含浸されている。
【００６２】
非水電解質は、例えば、非水溶媒と、非水溶媒に溶解するリチウム塩と含み、必要に応じて添加剤を含んでいてもよい。
非水溶媒としては、様々な有機溶媒を使用できる。非水溶媒の具体例としては、例えば、エチレンカーボネート、プロピレンカーボネート、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、エチルメチルカーボネートなどが挙げられる。非水溶媒は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。
【００６３】
リチウム塩としては、様々なリチウム塩を使用できる。リチウム塩の具体例としては、例えば、ＬｉＰＦ６、ＬｉＢＦ４、ＬｉＣＦ３ＳＯ３、ＬｉＣｌＯ４などが挙げられる。リチウム塩は１種を単独でまたは２種以上を組み合わせて使用できる。添加剤としては、ビニレンカーボネート、ビニルエチレンカーボネート、ジビニルエチレンカーボネート、シクロヘキシルベンゼン、ビフェニル、ジフェニルエーテルなどが挙げられる。
【００６４】
本実施形態では、捲回型電極群について説明したが、本発明の電池に含まれる電極群は、扁平状電極群および積層型電極群であってもよい。また、本実施形態では、円筒型電池について説明したが、本発明の電池は、角型電池、薄型電池、ラミネートフィルムパック電池、コイン型電池、ボタン型電池などの種々の形態にすることができる。
【実施例】
【００６５】
（実施例１）
（１）集電体の作製
鍛鋼ローラ（大同マシナリー（株）製、直径５０ｍｍ、幅１００ｍｍ）の表面に、レーザ加工により、複数の凹部を形成した。互いに隣り合う凹部間の間隔を６０μｍにした。凹部の開口形状は、直径２０μｍの円形であった。凹部の深さは１０μｍであった。このようにして、凸部形成用ローラを作製した。２つの凸部形成用ローラを、互いの軸線が平行になるように圧接させ、圧接ニップ部を形成した。【００６６】
この圧接ニップ部に、厚さ３０μｍの銅箔を通過させて加圧成形し、両側表面に複数の凸部２１が形成された集電体２０を作製した。凸部２１の頂面２２の形状は直径１０μｍの円形であり、凸部２１の高さは５μｍ、互いに隣り合う凸部２１間の間隔が６０μｍ、集電体２０の厚さｄは１８μｍであった。集電体２０の長さは、１０ｍであった。【００６７】
（２）複数の珪素酸化物の粒状物からなる活物質層の形成
図８に示す蒸着装置５０を用いて、図３Ｂに示すような集電体２０の凸部２１に支持された球状の粒状体２６を形成した。巻き出しローラ６０に集電体２０を巻き付け、蒸着装置５０内の所定位置に設置した。蒸発坩堝６６の上端面の中心点Ａから第１蒸着領域７０ａの集電体２０の中心点Ｂ１および第２蒸着領域７０ｂの集電体２０の中心点Ｂ２までの距離を、それぞれ４５ｃｍに設定した。【００６８】
また、第１蒸着領域７０ａでは、走行している集電体２０の表面２０ａに垂直な方向に対して角度６０°の方向から珪素蒸気と酸素との混合物または珪素蒸気が入射し、第２蒸着領域７０ｂでは、走行している集電体２０の表面２０ａに垂直な方向に対して角度−８０°の方向から珪素蒸気と酸素との混合物または珪素蒸気が入射するように、蒸発坩堝６６および遮蔽板６４ａ、６４ｂ、６４ｃの位置を設定した。【００６９】
蒸発坩堝６６に珪素２００ｇを収容した。排気ポンプ５２により真空槽５１の内部の真空度が３×１０−４Ｐａに達するまで排気を行った。その後、前記真空度を維持しながら、蒸発坩堝６６内の珪素に電子ビーム発生装置６７から−１０ｋＶで加速した電子ビームを照射して、珪素を融解して蒸発させ、珪素蒸気を発生させた。【００７０】
次に、酸素ノズル６５ａ、６５ｂから真空槽５１内に酸素を供給した。このとき、酸素ノズル６５ａの先端は、酸素の出射方向が第１蒸着領域７０ａを走行する集電体２０に対して略平行となるように配置した。酸素ノズル６５ｂの先端は、酸素の出射方向が第２蒸着領域７０ｂを走行する集電体２０に対して略平行となるように配置した。また、酸素流量制御装置６９ａ、６９ｂを用いて酸素ノズル６５ａ、６５ｂからの酸素流量をそれぞれ９００ｓｃｃｍに制御した。酸素を導入することにより、真空槽５１の蒸着時の真空度は７．５×１０−３Ｐａであった。【００７１】
その後、真空槽５１において、巻き出しローラ６０から走行ローラ６２ａを介して冷却ローラ６３ａ、６３ｂ、６３ｃに沿って、矢印７２、７３の方向に１．５ｍ／分の速度で集電体２０を走行させて往路搬送を行い、集電体２０表面に珪素酸化物を蒸着させ、巻き取りローラ６１に巻き取った。次に、酸素ノズル６５ａ、６５ｂの酸素流量をそれぞれ８１０ｓｃｃｍに制御した後、巻き取りローラ６１から搬送ローラ６２ｂを介して冷却ローラ６３ｃ、６３ｂ、６３ａに沿って１．５ｍ／分の速度で集電体２０を走行させて復路搬送を行い、集電体２０に珪素酸化物を積層した。【００７２】
以後、酸素流量を７２０、６３０、５４０、４５０、３６０、２７０、１８０、９０、０ｓｃｃｍに順次変更する以外は、上記と同様にして往路搬送と復路搬送とを交互に繰返し、集電体２０の一方の表面に珪素酸化物または珪素を積層した。集電体２０の他方の表面にも同様にして蒸着を行い、負極２を得た。得られた負極２を走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体２０の各凸部２１表面に珪素酸化物粒状体２６が形成されていた。珪素酸化物粒状体２６は、図３Ｂに示すような複数の燐片状のクラスター２７の集合体であった。珪素酸化物粒状体２６は、球状の立体形状を有し、高さが１５μｍ、幅が１５μｍであった。【００７３】
（実施例２）
図４Ａは、実施例２の負極２ａにおける凸部２１ａの構成を模式的に示す斜視図である。図４Ｂは、実施例２の負極２ａにおける珪素酸化物粒状体２６ａの構成を模式的に示す斜視図である。集電体としては、図４Ａに示すように、頂面２２ａの平面形状が正方形（１辺の長さ：１０μｍ）である複数の凸部２１ａを両側表面に形成した銅箔を用いた。凸部２１ａの高さを５μｍ、互いに隣り合う凸部２１ａ間の間隔を６０μｍ、集電体の厚さｄを１８μｍとした。集電体２０に代えてこの集電体を用いる以外は実施例１と同様にして、負極２ａを作製した。【００７４】
この負極２ａを走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体の各凸部２１ａ表面に珪素酸化物粒状体２６ａが形成されていた。珪素酸化物粒状体２６ａは、図４Ｂに示すような複数の燐片状のクラスター２７ａの集合体であった。珪素酸化物粒状体２６ａは球状の立体形状を有し、高さが１５μｍ、幅が１５μｍであった。【００７５】
（実施例３）
図５Ａは、実施例３の負極２ｂにおける凸部２１ｂの構成を模式的に示す斜視図である。図５Ｂは、実施例３の負極２ｂにおける珪素酸化物粒状体２６ｂの構成を模式的に示す斜視図である。集電体としては、図５Ａに示すように、頂面２２ｂの平面形状が楕円形（長径：１５μｍ、短径：１０μｍ）である複数の凸部２１ｂを両側表面に形成した銅箔を用いた。凸部２１ｂの高さを５μｍ、互いに隣り合う凸部２１ｂ間の間隔を６０μｍ、集電体の厚さｄを１８μｍとした。集電体２０に代えてこの集電体を用いる以外は実施例１と同様にして、負極２ｂを作製した。【００７６】
この負極２ｂを走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体の各凸部２１ｂ表面に珪素酸化物粒状体２６ｂが形成されていた。珪素酸化物粒状体２６ｂは、図５Ｂに示すような、複数の燐片状のクラスター２７ｂの集合体であった。珪素酸化物粒状体２６ｂは、一方向に長い球状（鶏卵状）の立体形状を有し、高さが１５μｍ、長手方向の幅が２５μｍであった。【００７７】
（実施例４）
図６Ａは、実施例４の負極２ｃにおける凸部２１ｃの構成を模式的に示す斜視図である。図６Ｂは、実施例４の負極２ｃにおける珪素酸化物粒状体２６ｃの構成を模式的に示す斜視図である。集電体としては、図６Ａに示すように、頂面２２ｃの平面形状が菱形（長い方の対角線長さ：１５μｍ、短い方の対角線長さ：１０μｍ）である複数の凸部２１ｃを両側表面に形成した銅箔を用いた。凸部２１ｃの高さを５μｍ、互いに隣り合う凸部２１ｃ間の間隔を６０μｍ、集電体の厚さｄを１８μｍとした。集電体２０に代えてこの集電体を用いる以外は実施例１と同様にして、負極２ｃを作製した。【００７８】
この負極２ｃを走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体の各凸部２１ｃ表面に珪素酸化物粒状体２６ｃが形成されていた。珪素酸化物粒状体２６ｃは、図６Ｂに示すような複数の燐片状のクラスター２７ｃの集合体であった。珪素酸化物粒状体２６ｃは、一方向に長い球状（鶏卵状）の立体形状を有し、高さが１５μｍ、長手方向の幅が２５μｍであった。【００７９】
（実施例５）
図７Ａは、実施例５の負極２ｄにおける凸部２１ｄの構成を模式的に示す斜視図である。図７Ｂは、実施例５の負極２ｄにおける珪素酸化物粒状体２６ｄの構成を模式的に示す斜視図である。集電体としては、図７Ａに示すように、頂面２２ｄの平面形状が長方形（長辺：１５μｍ、短辺：１０μｍ）である複数の凸部２１ｄを両側表面に形成した銅箔を用いた。凸部２１ｄの高さを５μｍ、互いに隣り合う凸部２１ｄ間の間隔を６０μｍ、集電体の厚さｄを１８μｍとした。集電体２０に代えてこの集電体を用いる以外は実施例１と同様にして、負極２ｄを作製した。【００８０】
この負極２ｄを走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体の各凸部２１ｄ表面に珪素酸化物粒状体２６ｄが形成されていた。珪素酸化物粒状体２６ｄは、図７Ｂに示すような、複数の燐片状のクラスター２７ｄの集合体であった。珪素酸化物粒状体２６ｄは、一方向に長い球状（鶏卵状）の立体形状を有し、高さが１５μｍ、長手方向の幅が２５μｍであった。【００８１】
（比較例１）
複数の珪素酸化物の粒状物からなる活物質層の形成において、真空槽５１の蒸着時の真空度を１×１０−５Ｐａに設定し、且つ、中心点Ａから中心点Ｂ１までの距離および中心点Ａから中心点Ｂ２までの距離をそれぞれ５ｃｍに設定する以外は、実施例１と同様にして、負極を作製した。得られた負極を走査型電子顕微鏡で観察したところ、集電体２０の各凸部２１表面に珪素酸化物粒状体が形成されていた。この珪素酸化物粒状体は、柱状の立体形状を有し、集電体の表面にほぼ垂直な方向に伸びる一塊の粒状物であった。この珪素酸化物粒状体は、高さが１５μｍ、幅が１５μｍであった。【００８２】
実施例１〜５および比較例１で得られた各負極を用い、次のようにして、図１に示す円筒型リチウムイオン二次電池を作製した。
（１）正極の作製
平均粒径５μｍのコバルト酸リチウム粉末（ＬｉＣｏＯ２、正極活物質）と、カーボンブラック（導電材）と、ポリフッ化ビニリデン（結着剤）とを９２：３：５の質量比で混合した。得られた混合物とＮ−メチル−２−ピロリドン（分散媒）とを混合し、正極合剤スラリーを調製した。得られた正極合剤スラリーを、厚さ１５μｍのアルミニウム箔（正極集電体）の両側表面に塗布し、得られた塗膜を乾燥および圧延し、正極を作製した。【００８３】
（２）非水電解質の調製
エチレンカーボネートとジエチルカーボネートとの体積比１：１の混合溶媒に、ＬｉＰＦ６を１モル／Ｌの濃度で溶解させ、非水電解質を調製した。【００８４】
（３）電池の組み立て
実施例１〜５および比較例１の各負極と上記で得られた正極とを、これらの間にポリエチレン製セパレータ（多孔質絶縁層）を介在させて渦巻状に捲回することにより、電極群を作製した。銅製リードの一端を負極の銅箔に溶接し、アルミニウム製リードの一端を正極のアルミニウム箔に溶接した。電極群の長手方向両端にポリプロピレン製絶縁板を装着し、銅製リードの他端を有底円筒型の鉄製電池ケースの内部底面に溶接し、電極群を電池ケース内に収容した。アルミニウム製リードの他端をステンレス鋼製封口板に溶接した。【００８５】
さらに、電池ケースに所定量の非水電解質を注液した。次に、ポリプロピレン製ガスケットを周縁に取り付けた封口板を電池ケースの開口に装着し、電池ケースの開口端部を封口板に向けてかしめることにより、電池ケースを封口した。こうして、実施例１〜５および比較例１の各負極を備えた円筒型のリチウムイオン二次電池を作製した。【００８６】
（４）評価
［サイクル特性評価］
上記で得られた各リチウムイオン二次電池について、サイクル特性を評価した。各電池に対して、２５℃の温度下にて、下記条件での定電流充電およびそれに続く定電流放電を行い、これを１サイクルとし、２００サイクル繰り返した。１サイクル目および２００サイクル目の放電容量を測定し、１サイクル目の放電容量に対する２００サイクル目の放電容量の百分率を求め、容量維持率（％）とした。結果を表１に示す。【００８７】
定電流充電条件：定電流密度１ｍＡ／ｃｍ２、充電終止電圧４．２Ｖ
定電流放電条件：定電流密度１ｍＡ／ｃｍ２、放電終止電圧２．５Ｖ【００８８】
［珪素酸化物粒状体についての評価］
上記のサイクル特性評価において２００サイクルの充放電を行った後の各電池を分解し、負極を走査型電子顕微鏡により観察した。そして、負極における珪素酸化物粒状体の凸部からの脱落の個数を、凸部１００個について調べた。結果を表１に示す。【００８９】
【表１】
2011093015.tif 000003
【００９０】
表１から、実施例１〜５の電池は、いずれも、比較例１の電池よりも顕著に高い容量維持率を有しているとともに、珪素酸化物粒状体の凸部からの脱落が防止されていることが分かる。これは、実施例１〜５の珪素酸化物粒状体が、複数の珪素酸化物のクラスターの集合体であり、各クラスターが互いに離隔しているとともに、互いに隣り合う珪素酸化物粒状体間に大きな空隙が形成されていることによるものと考えられる。これにより、各クラスターがリチウムイオンを吸蔵して膨張しても、膨張に伴って発生する応力を十分に緩和することが可能になったと考えられる。【００９１】
更に、実施例１〜５の珪素酸化物粒状体は球状の立体形状を有しているため、リチウムイオンの吸蔵により発生する応力が均等になったことも、珪素酸化物粒状体の凸部からの脱落がなくなったことの一因であると考えられる。【００９２】
これに対し、比較例１の珪素酸化物粒状体は、集電体の表面にほぼ垂直な方向に伸びる一塊の柱状粒子であり、その内部に空隙を有していない。また、珪素酸化物粒状体が球状でないため、珪素酸化物粒状体の内部で発生する応力が不均一になり、珪素酸化物粒状体と凸部との界面に応力が集中することにより、珪素酸化物粒状体の凸部からの脱落が発生し易くなったと考えられる。【００９３】
本発明を現時点での好ましい実施態様に関して説明したが、そのような開示を限定的に解釈してはならない。種々の変形および改変は、上記開示を読むことによって本発明に属する技術分野における当業者には間違いなく明らかになるであろう。したがって、添付の請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲から逸脱することなく、すべての変形および改変を包含する、と解釈されるべきものである。
【産業上の利用可能性】
【００９４】
本発明の負極を備える非水電解質二次電池は、優れたサイクル特性を有し、従来の非水電解質二次電池と同様の用途に使用でき、特に、電子機器、電気機器、オーディオビジュアル機器、工作機器、輸送機器、電力貯蔵機器等の主電源又は補助電源として有用である。電子機器には、パーソナルコンピュータ、携帯電話、モバイル機器、携帯情報端末、携帯用ゲーム機器等がある。電気機器には、掃除機等がある。オーディオビジュアル機器には、ビデオレコーダー、メモリーオーディオプレーヤー等がある。工作機器には、電動工具、ロボット等がある。輸送機器には、電気自動車、ハイブリッド電気自動車、プラグインＨＥＶ、燃料電池自動車等がある。電力貯蔵機器には、無停電電源等がある。
【図１】
2011093015.tif 000004
【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図６Ａ】
2011093015.tif 000012
【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図８】
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【手続補正書】
【提出日】平成23年11月7日(2011.11.7)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の前記凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体と、を備え、互いに隣り合う前記粒状体間に空隙を有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記粒状体は、前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び、且つ前記合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体であり、
前記複数のクラスターは、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔しており、
前記凸部は、前記集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有する非水電解質二次電池用負極。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記頂面の平面形状が、円形、楕円形、正方形、長方形又は菱形である請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項６】
前記粒状体の立体形状が、球状、扁球状または鶏卵状である請求項１または５記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項７】
前記合金系活物質が、珪素系活物質および錫系活物質よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１、５および６のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項８】
リチウムを吸蔵および放出する正極と、請求項１、５、６および７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極と、前記正極と前記負極との間に介在する多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備える非水電解質二次電池。
【請求項９】
表面に複数の凸部を有する集電体であって、前記凸部は前記集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有する集電体を準備する工程と、
５×１０−４Ｐａ〜５×１０−１Ｐａの真空中で蒸着法により、前記複数の凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体を形成する工程と、を備え、
前記蒸着法は、前記集電体との距離が１０ｃｍ〜５００ｃｍであるターゲットから前記合金系活物質の原料を蒸発させることにより、前記粒状体として、前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔した、複数のクラスターの集合体を形成する、非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項１０】
前記蒸着法が１×１０−３Ｐａ〜１×１０−２Ｐａの真空中で行われる、請求項９記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項１１】
前記集電体と前記ターゲットとの距離が２０ｃｍ〜２００ｃｍである、請求項９または１０記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項１２】
前記合金系活物質の原料を、前記集電体の表面に垂直な方向に対して傾斜した角度で前記集電体の表面に入射させる、請求項９、１０または１１記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【手続補正書】
【提出日】平成24年10月15日(2012.10.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の前記凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体と、を備え、互いに隣り合う前記粒状体間に空隙を有する非水電解質二次電池用負極であって、
前記粒状体は、前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び、且つ前記合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体であり、
前記複数のクラスターは、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔しており、
前記粒状体の立体形状は、球状、扁球状または鶏卵状であり、
前記凸部は、前記集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有し、前記頂面の平面形状が、円形、楕円形、正方形、長方形又は菱形である非水電解質二次電池用負極。
【請求項２】
前記合金系活物質が、珪素系活物質および錫系活物質よりなる群から選ばれる少なくとも１種である請求項１に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項３】
前記粒状体が、５×１０-4Ｐａ〜５×１０-1Ｐａの減圧雰囲気で蒸着法により形成される請求項１または２に記載の非水電解質二次電池用負極。
【請求項４】
リチウムを吸蔵および放出する正極と、請求項１〜３のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極と、前記正極と前記負極との間に介在する多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備える非水電解質二次電池。
【請求項５】
表面に複数の凸部を有する集電体であって、前記凸部は前記集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有する集電体を準備する工程と、
５×１０-4Ｐａ〜５×１０-1Ｐａの減圧雰囲気で蒸着法により、前記複数の凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体を形成する工程と、を備え、
前記蒸着法は、前記集電体との距離が１０ｃｍ〜５００ｃｍであるターゲットから前記合金系活物質の原料を蒸発させることにより、前記粒状体として、前記凸部の表面から前記集電体の外方に伸び、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔した、複数のクラスターの集合体を形成する、非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項６】
前記蒸着法が１×１０-3Ｐａ〜１×１０-2Ｐａの減圧雰囲気で行われる、請求項５記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項７】
前記集電体と前記ターゲットとの距離が２０ｃｍ〜２００ｃｍである、請求項５または６記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【請求項８】
前記合金系活物質の原料を、前記集電体の表面に垂直な方向に対して傾斜した角度で前記集電体の表面に入射させる、請求項５〜７のいずれか１項に記載の非水電解質二次電池用負極の製造方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明の非水電解質二次電池用負極は、表面に複数の凸部を有する集電体と、複数の凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体と、を備え、互いに隣り合う粒状体間に空隙を有し、粒状体は、凸部の表面から集電体の外方に伸び、且つ合金系活物質を含む複数のクラスターの集合体であり、複数のクラスターは、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔しており、粒状体の立体形状は、球状、扁球状または鶏卵状であり、凸部は、集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、前記頂面が微細な凹凸を有し、頂面の平面形状は、円形、楕円形、正方形、長方形又は菱形である。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１２】
また、本発明の非水電解質二次電池は、リチウムを吸蔵および放出する正極と、上記非水電解質二次電池用負極と、正極と負極との間に介在するように配置される多孔質絶縁層と、リチウムイオン伝導性非水電解質と、を備える。
本発明の非水電解質二次電池用負極の製造方法は、表面に複数の凸部を有する集電体であって、凸部は集電体の表面に対してほぼ平行な頂面を有し、頂面が微細な凹凸を有する集電体を準備する工程と、５×１０-4Ｐａ〜５×１０-1Ｐａの減圧雰囲気で蒸着法により、複数の凸部にそれぞれ支持され、且つ合金系活物質を含む粒状体を形成する工程と、を備え、蒸着法は、集電体との距離が１０ｃｍ〜５００ｃｍであるターゲットから合金系活物質の原料を蒸発させることにより、粒状体として、凸部の表面から集電体の外方に伸び、鱗片状の立体形状を有し、かつ互いに離隔した、複数のクラスターの集合体を形成する。
【国際調査報告】
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